科学家将在核反应堆中寻找量子时间膨胀证据

据外媒报道，我们都太熟悉时间会不可阻挡地前进，但它为什么会沿着一个方向流动仍是物理界上的一个谜。几年前，澳大利亚物理学家Joan Vaccaro提出了一个新的时间量子理论，现在一个团队正计划通过在核反应堆中寻找时间膨胀来验证这个假说。

“时间之箭”从过去指向未来，但物理学很难解释为什么它倾向于一个方向而不是另一个方向。对于这种不对称性，最被广泛接受的解释是热力学第二定律，该定律指出，时间倾向于向熵增加的方向流动，熵本质上是衡量系统无序程度的指标。

但根据Vaccaro的时间量子理论，熵更多的是时间流动的一种表征而非根本原因。她用了一个树在风中飘动的类比--虽然树叶（熵）看起来像是在摇晃树，但它们本身并不负责运动，而是另一种力（风）作用的结果。在这个新理论中，“风”是由时间反演对称性violations（以下简称T violations）产生。

Vaccaro指出，物理学认为空间和时间是相互联系的，即时空。但大自然似乎把这两者区分开来对待。比如从经验中我们知道，物体是在空间中本地化的，然而对于时间来说就不是这样了，某一对象可以在不同的时间里都能找到。

显然这不是大家熟知的宇宙经验同时也违背了运动定律和质量守恒定律。但Vaccaro提出，T violations使得物质不可能在时间上保持本地化。因为T violations，对象不是随机地出现和消失而是连续地存在。

Vaccaro提出，量子尺度上的某些东西会在本地产生T violations，如果有足够多的T violations发生，它就会开始在宏观尺度上产生更广泛的影响

Vaccaro的量子时间理论跟公认的物理学有着很大的不同，她坦率地承认这是有争议的并且很有可能是错误的。但重要的是，就像任何好的假设一样，需要一种方法通过实验来验证它。

被称为中微子的亚原子粒子可能掌握着解开整个谜团的钥匙。最近的研究表明，中微子表现出了时间不对称。

于是在一项新的研究中，来自格里菲斯大学、澳洲国家测量研究所(NMI)和澳大利亚核科学技术组织(ANSTO)的研究人员试图从中微子中测量出这些T violations。

中微子和它们的反物质对应物--反中微子是在核反应堆中产生的，所以新实验将在那里进行。研究小组在悉尼的OPAL反应堆安装了两个非常精确的原子钟，他们的想法是，如果原子钟不同步，那么这将成为量子时间膨胀的证据，量子时间膨胀本身就是本地化T violations的证据。

时间膨胀是一个非常值得研究的现象。如果地面上有一个原子钟，且在绕地球运行的卫星上也有一个，那么地面上的原子钟会比天空中的原子钟走得稍微快一点。这要归功于重力的不同，而重力会扭曲时空。

Vaccaro表示，虽然目前没有理由相信核反应堆也会发生时间膨胀，但如果发现任何时间膨胀的迹象就可以支持她的假设。

为了展开调查，研究小组将使用两个计时站，一个距离反应堆5米，一个10米。每个观测站都会部署一个铯原子钟、三个次级原子钟和一系列测量系统，这些测量系统能将把原子钟的误差缩小到十亿分之一秒以内。

该实验将持续收集数据6个月时间，其中包括定期关闭反应堆进行维护的时间。这些将作为有用的控制，因为任何时间膨胀效应都应该在停机期间停止。

结果可能会非常吸引人。几乎可以预期会有一个零结果，它会让我们回到物理学的既定路径上。但如果该实验确实发现了时间膨胀的证据，那么这将是一个巨大的突破。这是一个很大的“如果”，但至少值得科学家们去确认一下。

“我说的可能都是错的，”Vaccaro在2017年的一段视频中曾这样说过，“但决定这是否是一个好理论的不是我--而是自然。如果大自然能证明这一点，那将是非常了不起的。所以我认为，这才是应该努力的地方。”